全 文 ：第 49 卷 第 11 期
2 0 1 3 年 11 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49，No. 11
Nov．，2 0 1 3
doi:10．11707 / j．1001-7488．20131104
收稿日期: 2012 － 12 － 08; 修回日期: 2013 － 08 － 29。
基金项目: 国家自然科学基金项目(31300439) ; 国家行业公益性科研专项(201004064) ; 成都大学校基金项目(2011XJZ12)。
先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长
发育及护坡效益的影响
潘声旺1，2 何茂萍1 杨丽娟1 方 文2
(1．成都大学 成都 610106; 2．重庆市林业科学研究院 重庆 400036)
摘 要: 乡土植物灌木化建植是高速公路边坡防护的重要途径。以成渝高速(永川段)为例，以西南地区 2 种典
型的边坡绿化初始配置模式慈竹 +野牛草、黄刺玫 +黑麦草为基础，分别与紫穗槐、黄荆、狗牙根、芒等路域优势种
以不同方式组合，研究先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长发育、早期演替及护坡性能的影响。结果表明:
1)先锋植物丰富度可直接影响边坡植被的成坪时间、生物量积累，相同建植条件(边坡条件、播种密度等)下，初始
绿化植物的种类越多，成坪时间越短，被积累的生物量也越多; 2) 先锋种数量与群落的生物多样性水平有关(R2 ＞
0. 995)，相同演替阶段内，先锋种越多，群落的多样性水平(物种丰度、Shannon-Wiener 指数、Pielou 指数等)越高;
3) 群落的生物多样性水平与植被的护坡性能呈线性关系(R2 ＞ 0. 995)，多样性水平越高，植被的蓄水、保土能力越
强，边坡内径流系数、土壤侵蚀模数越小。在边坡条件、播种密度等建植条件与建植措施一致的情况下，提高初始
绿化植物的丰富度可有效改善边坡植被的护坡性能。
关键词: 先锋植物; 植物多样性; 水土保持; 生态护坡
中图分类号: S731. 8 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2013)11 － 0024 － 08
Effects of Pioneer Plants Richness on the Vegetation Growth and Community
Succession and the Soil and Water Conservation for Highway Side Slope
Pan Shengwang1，2 He Maoping1 Yang Lijuan1 Fang Wen2
(1 ． Chengdu University Chengdu 610106; 2 ． Chongqing Academy of Forestry Chongqing 400036)
Abstract: Reconstruction of plant communities with native shrubs is one of principle important ecological modes in
superhighway side slope protection． In a case of Yongchuan region along Chengyu expressway，two typical vegetation
configuration modes，i． e． Bambusa emeiensis + Buchloe dactyloides and Rosa xanthina + Lolium perenne，were used as
the foundation for slope protection in southwest areas． Two native shrubs，Amorpha fruticosa and Vitex negundo，and two
herbs，Cynodon dactylon and Miscanthus sinensis，were chose to plant with the different modes and growth proportion． The
characteristics of slope runoff and sediment erosion in rainy seasons were measured in a plot experiment during 2010 to
2012 to study effects of pioneer species richness on growth and development of plant communities on highway slope，the
early successional and the slope protection performance． Results showed: 1) Pioneer plants richness affected accumulation
of vegetation biomass and period of turf-establishment，and the more abundant pioneer plant species，the shorter turf-
establishment period and more accumulation; 2) Richness of pioneer plants were closely related to plant species diversity
in the communities with determination coefficient in excess of 0． 995 (P ＜ 0． 05) ． At the same succession stage，the more
abundant pioneer species，the higher plant species diversity including the number of species，Shannon-Wiener index and
Pielou index in the communities; 3) There was a positive correlation between the soil and water conservation capacity of
vegetation and plant species diversity in the communities with determination coefficient in excess of 0． 995 (P ＜ 0． 05)，
and the higher plant species diversity，the stronger capacity the soil and water conservation with the smaller runoff
coefficient and lower soil erosion modulus． Our results suggested that an increase in pioneer plant species richness should
be a feasible way to improve ecological slope protection，especially when there were same side slope conditions，seed
quantity and planting measures．
第 11 期 潘声旺等: 先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长发育及护坡效益的影响
Key words: pioneer plant; plant species diversity; soil and water conservation; ecological slope protection
高速公路的快速发展，势必对公路沿线的生态
环境产生负面影响，公路建设所形成的边坡则是路
域生态系统中产流与产沙量较大、水土流失持续时
间最长的部位之一( Luarcet，1997;肖蓉等，2009)。
借助“先锋植物”的生态优势，在裸露边坡上建立稳
定的植物群落、优化群落结构，对营造路域景观、减
少水土流失尤为重要(Cary et al．，1992; 王青杵等，
2012)。
近年来，以公路建设地段的乡土植物为基础，以
灌木为主、乔木或草本为辅构建护坡植被的生态护
坡技术因经济快捷、安全实用而备受关注 (李国荣
等，2007; 李妮等，2012)。但迄今，相关研究多局
限在典型植被配置模式下护坡效益的比较(Cary，et
al．，1984; 邓洪亮等，2008)，在边坡植被的群落演
替、生态性能等方面尚缺乏系统研究。事实上，物种
多样性是生态系统稳定性和抗干扰能力的重要指
标，而初始绿化植物(即先锋植物)的种类及其组合
方式可直接影响群落的组成结构、演替行为和多样
性水平，进而影响其生态性能 (王震洪等，2006)。
为此，本研究以西南地区 2 种典型的边坡绿化初始
配置 模 式 慈 竹 ( Bambusa emeiensis ) + 野 牛 草
(Buchloe dactyloides)、黄刺玫 ( Rosa xanthina) + 黑
麦草(Lolium perenne)为基础，分别与经路线规划植
物调查排序筛选的紫穗槐( Amorpha fruticosa)、黄荆
( Vitex negundo )、狗牙根 ( Cynodon dactylon )、芒
(Miscanthus sinensis)等路域优势种以不同方式组
合，探讨先锋植物丰富度对公路边坡先锋群落早期
演替行为、护坡性能的影响，揭示年际间差异，为边
坡防护提供借鉴。
1 研究区概况
研究区位于川东、渝西接壤处的丘陵地带
(105°38—106°05 E，28°56—29°34 N)。西起巴
岳山区，东至云雾山，面积约 12. 76 万 km2。丘陵广
布、溪沟纵横，平均海拔 250 ～ 350 m，丘谷高差 50 ～
100 m，地势北高南低，南部多浅丘、北部多深丘。年
均降雨量 1 165. 2 mm，多集中在 5—9 月(占年降雨
量 70%以上); 土壤主要由白垩纪夹关组砖红色长
石、块状钙质岩屑砂岩、钙质粉砂岩等风化残积物、
冲积物发育而成，黄棕壤、黄壤为主要类型，土层厚
度多在 10 ～ 70 cm; 植被稀疏，森林覆被率低
( ＜ 7. 5% )，丘坡较陡，夏季雨水集中，易造成水土
流失，是地质灾害多发区。
2 研究方法
2. 1 试验设计
供试边坡为成渝高速永川段 K226 + 425 ～
K226 + 595处。路基边坡全长 170 m，坡向 NE25°;
填方最大高程 14. 9 m，修整为二级边坡，坡高 8 m，
坡比为 1 ∶ 1。选择立地条件一致的边坡地段，整理
成 62 个矩形小区(长 8 m、宽 2 m)，试验小区的长边
与公路边坡的等高线垂直、短边与等高线平行，四周
用石棉瓦围埂(埂高 25 cm)、塑料薄膜密封(埋入地
下 30 cm)，小区上方及两侧开排水沟拦截小区外径
流，下方修截流沟、集水池。
2009 年 4 月在布设好的试验小区内自然撒播。
将 14 种边坡配置模式(即 MA1 ～ 7，MB1 ～ 7，物种组合如
表 1)随机分布于 56 个小区内(每种模式重复 4 次)
归类编号后，按照同一播种密度(20 g·m － 2 )将先锋
植物的种子均匀撒播于相应小区。其中，同一小区
内不同生态型 (灌木、草本 ) 间的播种密度相等
(10 g·m － 2)，相同生态型的不同物种间的播种密度
也相等。将各个配置模式所在的 4 个小区随机分成
4 组: 2 组用于边坡植被在不同年份 (2010—2012
年)群落特征的测定，2 组用于护坡性能的测定。剩
余 6 个试验小区(CK)中，2 个小区定期除草、保持
无植被状态(CK0 )，用于观测试验期间裸地边坡的
产沙、产流特征; 其余 4 个用于次生裸地(CK1 )的
自然演替研究(分组同上)。
2. 2 测定项目与方法
1) 群落结构 播种后，记录各样地内成坪时
间。2010 年 8 月下旬，分别在各个初始绿化配置模
式(MA1 ～ 7，MB1 ～ 7 )、次生裸地( CK1 ) 所在坡面的上
(2 m 处)、中(4. 5 m 处)、下 (7 m 处)各设置 1 个
50 cm × 50 cm 的样方，每类植被各做 2 小区、6 个样
方，累计 90 个(14 × 6 + 6)。分别调查各样方内植
物种类、植株高度、株数、总盖度及分盖度(张法伟
等，2010)后，收获各采样区地上生物量，烘干、称
量; 用根钻在各采样区分别取 0 ～ 10，10 ～ 20 和
20 ～ 30 cm土层内土壤 (钻头内直径 80 mm、高
100 mm)，随即用 Del2ta-T 公司生产的 RWC 型洗根
系统洗根，烘干、称量，计算地下生物量 (王川等，
2009)。
52
林 业 科 学 49 卷
表 1 边坡植被的配置模式
Tab． 1 Pioneer plant species of the highway side slope vegetation tested①
模式
Mode
先锋植物配置
Pioneer plant
species
生活型 Life form of pioneer plants
灌木 Shrub 草本 Herb
MA1 (1，1) 慈竹 B． emeiensis 野牛草 B． dactyloides
MA2 MA1 + (1，0) 慈竹 +紫穗槐 B． emeiensis + A． fruticosa 野牛草 B． dactyloides
MA3 MA1 + (0，1) 慈竹 B． emeiensis 野牛草 +狗牙根 B． dactyloides + C． dactylon
MA4 MA1 + (1，1) 慈竹 +紫穗槐 B． emeiensis + A． fruticosa 野牛草 +狗牙根 B． dactyloides + C． dactylon
MA5 MA1 + (1，2) 慈竹 +紫穗槐 B． emeiensis + A． fruticosa 野牛草 +狗牙根 +芒 B． dactyloides + C． dactylon +M． sinensis
MA6 MA1 + (2，1) 慈竹 +紫穗槐 +黄荆 B． emeiensis + A． fruticosa + V． negundo 野牛草 +狗牙根 B． dactyloides + C． dactylon
MA7 MA1 + (2，2) 慈竹 +紫穗槐 +黄荆 B． emeiensis + A． fruticosa + V． negundo 野牛草 +狗牙根 +芒 B． dactyloides + C． dactylon +M． sinensis
MB1 (1，1) 黄刺玫 R． xanthina 黑麦草 L． perenne
MB2 MB1 + (1，0) 黄刺玫 +紫穗槐 R． xanthina + A． fruticosa 黑麦草 L． perenne
MB3 MB1 + (0，1) 黄刺玫 R． xanthina 黑麦草 +狗牙根 L． perenne + C． dactylon
MB4 MB1 + (1，1) 黄刺玫 +紫穗槐 R． xanthina + A． fruticosa 黑麦草 +狗牙根 L． perenne + C． dactylon
MB5 MB1 + (1，2) 黄刺玫 +紫穗槐 R． xanthina + A． fruticosa 黑麦草 +狗牙根 +芒 L． perenne + C． dactylon +M． sinensis
MB6 MB1 + (2，1) 黄刺玫 +紫穗槐 +黄荆 R． xanthina + A． fruticosa + V． negundo 黑麦草 +狗牙根 L． perenne + C． dactylon
MB7 MB1 + (2，2) 黄刺玫 +紫穗槐 +黄荆 R． xanthina + A． fruticosa + V． negundo 黑麦草 +狗牙根 +芒 L． perenne + C． dactylon +M． sinensis
①括号中数据为边坡植被中初始配置的灌木、草本种数。Data in brackets denotes composition proportion of shrub and herb in pioneer species．
2011，2012 年 8 月下旬，按照上述方法重复
2010 年度的调查，确保同一小区内不同年份布设的
样方间隔大于 50 cm，以排除上次的影响。
2) 产流量、产沙量 在径流小区旁边安装自动
气象站，定时监测气象资料，自动记录每次的降雨
量、雨强和降雨历程。监测期内，指定专人管理、操
作，监测产流、产沙情况。每次降雨后及时观测、登
记各个径流小区集水池的集流深度，计算各小区地
表径流量; 根据某一时段内径流总量及同时段内的
降雨总量计算径流系数: 径流系数 = 径流量 /降雨
量。泥沙量观测采用过滤、烘干法: 将集水池中的
泥水充分搅拌 30 min，立即取中层径流泥沙样品
500 mL，置于烘箱内 105 ℃烘干后称量，通过计算含
沙量得出每次降雨各小区土壤流失量; 将 1 年内各
小区土壤侵蚀量相加，然后换算成 1 km2 的吨数，即
为侵蚀模数。
3) 蓄水、保土能力 根据各试验小区的径流系
数、土壤侵蚀模数分别推算不同植被配置模式的蓄
水能力、保土能力: 蓄水能力 = (裸坡区径流系数 －
植被区径流系数) × 100% /裸坡区径流系数; 保土
能力 = (裸坡区侵蚀模数 － 植被区侵蚀模数 ) ×
100% /裸坡区侵蚀模数(王川等，2009)。
降雨量、径流量和泥沙量观测时段为 2009—
2012 年汛期(5—9 月); 铝盒法测定土壤初始含
水量。
3 结果与分析
3. 1 边坡植被的生长状况分析
表 2 为 14 种 边坡绿化 配 置 模 式 ( MA1 ～ 7，
MB1 ～ 7)、次生裸地(CK1 )试验区内植被的生长状况
及其结构特征。
可以看出:相同的播种密度、建植条件下，由紫穗
槐、黄荆、狗牙根、芒等路域优势种与典型的边坡绿化
配置模式“慈竹 +野牛草”、“黄刺玫 +黑麦草”所构
成的组合 MA系列(MA1 ～ 7)、MB系列(MB1 ～ 7 )间的平均
成坪时间(MA = 63. 7 天，MB = 64. 0 天)无明显差异，
但同一系列内不同配置模式间差异显著(MA: 59 ～ 68
天; MB: 60 ～ 68 天; P ＜ 0. 05); 初始绿化植物的种数
(亦即先锋种丰度)越多，成坪时间越短。
表 2 显示，不同配置小区内的植物种类、数目的
变化幅度也不一样。初始绿化植物的种类(亦即先
锋种丰度)越多，小区内植物的种类、数目的变化幅
度越大，入侵种在群落内的优势度则越显著。综合
试验期间 62 个试验小区 (MA1 ～ 7，MB1 ～ 7，CK1 )内物
种组成变化，试验区内入侵植物共涉及 24 种，隶属
于 9 科 11 属。其中灌木 4 科 5 属 8 种，占总种数的
33. 3% ; 草本 6 科 9 属 16 种，占总种数的 66. 7%。
菊科 ( Asteraceae )、禾 本 科 ( Gramineae )、豆 科
(Leguminosae)、蔷薇科(Rosaceae)是种类最多的 4
科，占种数的 54. 2%，表明这 4 科植物在西南地区
道路植被的自然恢复演替过程中所起的作用最大，
在该地区的植物区系中占有重要地位。灌木种类较
多的科为: 豆科、蔷薇科、桑科(Moraceae); 草本种
类较多的科为: 菊科、禾本科、蔷薇科、豆科; 种数
较多 的 属 为 悬 钩 子 属 ( Rubus )、蒲 公 英 属
(Taraxacum)。其中，艾蒿 ( Artemisia argyi)、白茅
( Imperata cylindrica)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)、野
菊 花 ( Dendranthema indicum )、酢 浆 草 ( Oxalis
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第 11 期 潘声旺等: 先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长发育及护坡效益的影响 72
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64
9
0.
78
2
M
B4
64
13
17
18
.7
83
88
93
.5
14
23
36
.5
0.
61
0.
69
0.
76
0.
74
0.
77
0.
80
40
9.
4
54
2.
2
65
1.
3
0.
58
6
0.
68
1
0.
81
7
M
B5
61
14
.7
18
.7
22
.7
84
.5
89
95
15
25
41
.5
0.
68
0.
78
0.
83
0.
79
0.
82
0.
84
42
7.
5
61
2.
4
72
3.
7
0.
61
7
0.
71
3
0.
83
7
M
B6
62
15
.3
19
.7
22
84
90
96
.6
15
.5
26
.5
44
.5
0.
70
0.
79
0.
86
0.
76
0.
79
0.
81
43
1.
9
62
1.
3
73
6.
1
0.
63
8
0.
71
9
0.
84
6
M
B7
60
17
.3
21
.7
24
85
.5
91
98
17
30
51
0.
82
0.
88
0.
97
0.
82
0.
85
0.
89
45
6.
8
69
3.
2
81
7.
2
0.
64
7
0.
74
6
0.
91
2
①
优
势
度
=
( 相
对
多
度
+
相
对
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度
+
相
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co
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m
un
iti
es
．
林 业 科 学 49 卷
corniculata)、飞蓬 ( Erigeron acer )、苦荬菜 ( Ixeris
polycephala)、牡蒿 ( Artemisia japonica)、地果 ( Ficus
tikoua )、构 树 ( Broussonetia papyrifera )、马 桑
(Broussonetia papyrifera)、铁仔 (Myrsine africana)等
为调查样方中出现频率较高的入侵者，也是西南地
区自然恢复演替过程中主要的建群种或共建种，对
边坡自然恢复和人工生态修复有重要的参考价值，
在道路边坡生态修复过程中，能最大程度上恢复本
地植被的多样性。
采用直观分析法分析了各先锋植物对物种入侵
的环境影响力，环境影响力为一定时空条件下某主
体(如先锋植物、入侵种等)营造的接纳其他物种的
生态位大小，在不考虑不同物种间相互作用的情况
下，可用特定时期内因该主体存在所引起的群落间
物种 数 量 差 异 的 平 均 值 来 表 示，即 FA =
1
N∑
n
i = 1
∑
m
j = 1
(ΔSqij)。式中:FA为 A 物种在特定时期内
的环境影响力; ΔSqij为面积为 q、物种组成上存在 A
物种差异的样地 i、样地 j 经过 1 个生长周期后的物
种数差异;N 为存在 A 物种差异的所有样地的组合
数。表 3 显示: 不同先锋植物在不同演替阶段内的
环境影响力差异很大(P ＜ 0. 05)，并呈现演替前期
大于后期、灌木大于草本的变化趋势。
试验期内，试验小区内边坡植被的生物量与先
锋植物丰度间呈明显正相关(表 4)。不同生长季节
内，因先锋植物丰度差异所引起的生物量变化也不
一样。同一系列内，先锋植物种数相近小区的生物
量差异在第 1 个生长季节内 (2010 年)并不明显
(P ＞ 0. 05)，但在 2011—2012 年间却达到显著水平
(P ＜ 0. 05)。
表 3 先锋植物对物种入侵的环境影响力
Tab． 3 Environmental influences of pioneer plants on invasive species
年份
Year
黄刺玫
R． xanthina
慈竹
B． emeiensis
紫穗槐
A． fruticosa
黄荆
V． negundo
黑麦草
L． perenne
野牛草
B． dactyloides
狗牙根
C． dactylon
芒
M． sinensis
2010 2. 7 1. 7 1. 3 1. 3 1. 3 1. 0 0. 7 0. 7
2011 1. 7 1. 0 0. 7 0. 7 1. 0 0. 7 0. 3 0. 3
2012 1. 0 0. 7 0. 3 0. 3 0. 7 0. 3 0. 1 0. 1
表 4 不同配置模式试验小区中植被生物量( y)与先锋植物丰度(x)间的关系式
Tab． 4 Relation between richness of pioneer plants (x) and their biomass ( y)
年份
Year
MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7
关系式 Relationship 决定系数 Determination coefficient(R2 ) 关系式 Relationship 决定系数 Determination coefficient(R2 )
2010 y = 18. 825x + 335. 24 0. 993 1 y = 23. 41x + 314. 49 0. 994 7
2011 y = 65. 092x + 258. 49 0. 995 7 y = 68. 083x + 277. 71 0. 994 9
2012 y = 80. 383x + 254. 52 0. 993 3 y = 77. 65x + 346. 16 0. 993 8
3. 2 护坡效益分析
3. 2. 1 裸地产流、产沙特征 2010—2012 年汛期，
试验区内自然降雨量及裸地边坡的产流、产沙特征
如表 5。可以看出，试验区汛期雨季集中(占年降雨
量的 71. 36% )、产流量大(年均降雨量 829. 2 mm;
年均产流量 149. 83 mm)、水土流失严重(裸地年均
产沙量 1 223. 5 g·m － 2 )、生态环境脆弱、植被恢复
缓慢，是典型的地质灾害多发区。
表 5 2010—2012 年汛期降雨情况及裸地产流、产沙特征①
Tab． 5 Runoff and sediment yield in rare slope and its rainfalls during rainy seasons from 2010 to 2012
年份
Year
降雨次数
Rainfall
times
降雨量
Rainfall /
mm
产流
次数 Runoff
times
产流量
Runoff yield /mm
产沙量
Sediment yield per plot / kg
径流系数
Runoff coefficient
土壤侵蚀模数
Soil erosion modulus
CK0 CK1 CK0 CK1 CK0 CK1 CK0 CK1
2010 29 820. 6 6 149. 8 128. 6 21. 227 15. 787 18. 25 15. 67 1 376. 67 986. 67
2011 31 799. 2 5 137. 4 108. 2 17. 933 12. 525 17. 19 13. 54 1 120. 83 782. 83
2012 27 867. 7 7 162. 3 102. 42 18. 773 11. 876 18. 70 11. 80 1 173. 33 742. 26
①CK0为无植被裸地，CK1 为自然演替的次生裸地 ． CK0 and CK1 represent no vegetation and secondary bare area in slopes，respectively．
3. 2. 2 不同护坡植被试验区的产流、产沙特征 产
流次数、径流系数、土壤侵蚀模数是衡量植被涵养水
源、防沙护坡性能的主要指标，也是表征生态系统结
构稳定性、抗干扰性能的重要尺度。试验期间，不同
试验小区内的产沙、产流特征如图 1。可以看出，相
同环境条件下，不同植被的护坡性能也不一样，存在
明显的年际间差异。
82
第 11 期 潘声旺等: 先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长发育及护坡效益的影响
图 1 不同配置模式产流、产沙特征的动态变化
Fig． 1 Characteristics of runoff and sediment yield of tested vegetation types during rainy seasons from 2010 to 2012
图标右侧数字表示所在小区相应汛期内的产流次数。Digitals on the right side of icons represent runoff times in slope plots in corresponding flood seasons．
1) 产流次数 图 1 显示，边坡产流次数与植被
类型有关，植被的生长年限越长，趋势越明显。
2010 年，CK，MA1 ～ 6，MB1 ～ 6 内先锋种相对较少(0 ～ 5
种)，Shannon-Wiener 指数较低 (分别为 0. 27，0. 46
～ 0. 67 和 0. 47 ～ 0. 71)，群落抗干扰(雨水冲蚀)能
力弱，汛期产流次数与裸地相同(6 次); MA7，MB7内
先锋植物较多 ( 6 种 )，Shannon-Wiener 指数较高
(0. 79，0. 81)，抗干扰能力增强，产流次数(5 次)则
减少。2011 年，MA1 ～ 4，MB1 ～ 4 内先锋植物仅 2 ～ 4
种，其 Shannon-Wiener 指数 ( 0. 53 ～ 0. 67，0. 55 ～
0. 73)与 CK1 (0. 36)无明显差异，汛期产流次数均
为 5 次; MA5 ～ 6，MB5 ～ 6 和 MA7，MB7中先锋植物较
多，Shannon-Wiener 指数较高，抗干扰能力增强，产
流次数(3 ～ 4 次)相应减少。2012 年汛期，群落演
化程度较高，先锋植物丰度对产流次数的影响效应
更加明显。边坡产流次数与先锋种数量呈显著负相
关( r = － 1)，先锋种越多，产流次数越少。
2) 径流系数、侵蚀模数 由图 1 可以看出，径
流系数、土壤侵蚀模数与边坡植被类型密切相关。
2010 年汛期，MA7，MB7表现出较强的护坡性能，蓄
水、保 土 能 力 分 别 达 到 63. 01%，93. 56% 和
60. 62%，92. 72%，产流量(55. 40，58. 98 mm)、产沙
量(85. 45，96. 64 g·m － 2)明显低于其他小区( n = 6，
P ＜ 0. 05); MA1，MB1 的保水(50. 85%，45. 38% )、
防沙 (90. 65%，89. 45% ) 性能较差，产流量 (73. 6，
81. 8 mm )、产沙量 ( 110. 83，140. 01g·m － 2 ) 较高
(n = 6，P ＜ 0. 05)。整个汛期内，小区内径流系数、侵
蚀模数呈现一致的变化趋势，即 MA7 ＜ MA6 ＜ MA5 ＜
MA4 ＜ MA3 ＜ MA2 ＜ MA1，MB7 ＜ MB6 ＜ MB5 ＜ MB4 ＜ MB3 ＜
MB2 ＜ MB1。2011，2012 年汛期，MA1 ～ 7，MB1 ～ 7所在小区
内的产流、产沙情况与 2010 年汛期相似: MA1，MB1的
产流、产沙量较高，护坡性能较差; MA7，MB7的产流、
产沙量较低，护坡性能较强; 汛期内，不同小区间的
径流系数、侵蚀模数波动趋势也与 2010 年汛期类似:
先锋植物种类越多，径流系数、侵蚀模数则越小。
3. 3 先锋物种数、群落特征与护坡性能的相关性
相同环境条件下，边坡植被的组成结构、群落特
征和发育水平是影响地表径流量、水土流失量的主
要因素。地上茎叶对雨滴分层拦截，有利于减少地
表径流、阻延土壤溅蚀; 地下根系对土壤的加筋、锚
固作用，有利于延缓坡面侵蚀、增强其稳定性( Zhou
et al．，2006)。
3. 3. 1 先锋物种数量与群落特征的相关性 对于
特定区域的次生裸地(如裸露边坡)而言，土壤种子
库、种子雨的时空异质性相对较小，先锋植物所营造
的局域生境是决定其他物种入侵潜力和成功定居的
主导因素; 先锋植物的配置模式不同，接纳的入侵
种的种类、数量也不一样(表 2); 同一生长季节内，
初始绿化植物的种类越多，接纳新物种的潜力则越
强，群落的物种丰度也越大，二者呈线性关系(MA:
R2 = 0. 973 ～ 0. 990; MB: R
2 = 0. 981 ～ 0. 992)。
群落盖度是反映群落发育状况、结构水平的重要
指标，也是表征边坡植被对雨滴分层截留、缓冲减蚀
的重要依据; Shannon-Wiener 指数能较好反映个体密
度、生境差异、群落类型、演替阶段，它与反映物种分
布均匀程度的 Pielou 指数一起，表征群落的物种多样
性水平。多样性水平越高，系统的结构越稳定，对外
界干扰的抵抗和缓冲能力则越强(王震洪等，2006)。
由表 2 可以看出，试验期间，小区内群落盖度( y)、
Shannon-Wiener 指数(y)与初始绿化时的植物种(x)
密切相关(表 6); 先锋种越多，所在群落的多样性水
平则越高，反映群落内物种个体数间的差异和各物种
个体数目分配均匀程度的 Pielou 指数也越大(MA:
R2 = 0. 944 ～ 0. 947; MB: R
2 = 0. 949 ～ 0. 959)。
92
林 业 科 学 49 卷
表 6 边坡植被的群落盖度( y)、Shannon-Wiener 指数( y)与先锋种数量(x)间的关系
Tab． 6 Relation between number of pioneer plant species (x) and their coverage ( y)，
Shannon-Wiener index( y) in communities
年份
Year
群落盖度 Community coverage ( y) Shannon-Wiener 指数 Shannon-Wiener index ( y)
MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7 MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7
关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2
2010 y =1. 541 7x +71. 762 0. 976 3 y =1. 416 7x +77. 119 0. 985 9 y =0. 063 3x + 0. 321 0 0. 963 2 y =0. 080x +0. 298 6 0. 971 1
2011 y =2. 583 3x +74. 095 0. 956 6 y =1. 833 3x +80. 238 0. 966 9 y =0. 068 3x + 0. 385 2 0. 9714 y =0. 085x +0. 372 9 0. 974 8
2012 y =3. 500 1x +75. 857 0. 949 3 y =1. 925 0x +86. 243 0. 941 4 y =0. 073 3x + 0. 429 5 0. 9757 y =0. 088 3x +0. 432 4 0. 975 6
3. 3. 2 先锋种丰度与护坡性能的相关性 表 7 为
2010—2012 年间 MA1 ～ 7，MB1 ～ 7所在群落中先锋种丰
度( x)与边坡植被蓄水能力( y)、保土能力( y)的关
系式。可以看出，护坡植被的蓄水、保土能力与所在
群落的先锋植物丰度呈线性关系(R2 ＞ 0. 980): 先
锋植物种数越多，蓄水、保土能力越强。表 7 也显
示，2011 年汛期内，先锋植物种数对植被护坡性能
的决定系数(0. 994 ～ 0. 998)均高于 2010，2012 年汛
期( 0. 980 ～ 0. 989 )。可能的原因是: 建坡初期
(2010 年汛期)，植物根系尚不发达，根冠比小(表
2)，植被的护坡性能主要取决于茎叶对雨滴的分层
截留作用; 2012 年汛期，群落演化程度较高，总盖度
接近饱和，其护坡能性主要取决于植物根系的结构
特征: 根冠比越大，对土壤加筋、锚固作用越强，防
沙护坡性能越优。该结论与李妮等(2012)、方文等
(2013)的研究结果一致。
表 7 边坡植被的蓄水能力( y)、保土能力( y)与先锋种丰度(x)间的关系
Tab． 7 Relation between richness of pioneer plants (x) and their capacity of soil conservation ( y)
and water-holding capacity ( y)
年份
Year
蓄水能力 Water-holding capacity( y) 保土能力 Capacity of soil conservation( y)
MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7 MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7
关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2
2010 y = 2. 794 2x + 45. 878 0. 980 4 y = 3. 555 8x + 38. 372 0. 986 5 y = 0. 456 7x + 90. 778 0. 988 6 y = 0. 776 7x + 87. 865 0. 987 9
2011 y = 3. 192 5x + 50. 663 0. 996 5 y = 3. 495 8x + 50. 13 0. 998 3 y = 0. 696 3x + 91. 845 0. 994 1 y = 0. 857 5x + 90. 666 0. 997 7
2012 y = 2. 999 2x + 62. 332 0. 987 1 y = 2. 028 3x + 71. 807 0. 988 1 y = 0. 704 3x + 93. 779 0. 9807 y = 0. 693 4x + 94. 118 0. 989 1
3. 3. 3 群落特征与护坡性能的相关性 表 8 为
2010—2012 年间不同配置边坡植被所在群落的
Shannon-Wiener 指数 ( x)与试验小区内径流系数
( y)、土壤侵蚀模数( y)间拟合关系式。可以看出，
群落的 Shannon-Wiener 指数与植被的护坡性能(径
流系 数、侵 蚀 模 数 ) 密 切 相 关。2010 年 汛 期，
Shannon-Wiener 指数与护坡性能呈幂函数关系，其
拟合方程的 R2 = 0. 996 ～ 0. 999; 2011 年汛期，
Shannon-Wiener 指数与护坡性能呈线性变量关系，
拟合方程的 R2 = 0. 995 ～ 0. 999; 2012 年汛期，
Shannon-Wiener 指数与护坡性能呈对数函数关系，
拟合方程的 R2 = 0. 998 ～ 0. 999。说明群落的植物
多样性水平( Shannon-Wiener 指数)越高，所在群落
的系统稳定性越高、抗干扰 (雨水冲蚀 ) 能力也
越强。
表 8 试验小区内径流系数( y)、土壤侵蚀模数( y)与所在群落 Shannon-Wiener 指数(x)间的关系
Tab． 8 Relation between Shannon-Wiener index (x) in communities and runoff coefficient ( y)，soil erosion modulus ( y)
年份
Year
径流系数 Runoff coefficient ( y) 土壤侵蚀模数 Soil erosion modulus ( y)
MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7 MA1 ～ 7组合 Series of MA1 ～ 7 MB1 ～ 7组合 Series of MB1 ～ 7
关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2 关系式 Relationship R2
2010 y =6. 048 9x －0. 455 0. 999 1 y =6. 690 7x －0. 522 3 0. 998 4 y =76. 84x －0. 429 5 0. 996 5 y =88. 957x －0. 602 4 0. 999 7
2011 y = －6. 679 7x +10. 597 0. 999 3 y = －6. 659 9x +10. 379 0. 998 4 y = －67. 303x +98. 512 0. 997 7 y = －42. 581x +59. 433 0. 994 8
2012 y = －5. 485 2ln(x) +2. 949 0. 999 1 y = －3. 412 8ln(x) +2. 838 0. 998 7 y = －80. 886ln(x) +12. 626 0. 997 9 y = －73. 167ln(x) +16. 831 0. 998 6
进一步分析各群落的生物量变化(表 2)与其护
坡性能的相关性时则发现: 建坡初期(2010 年汛
期)，植被的护坡性能与其地上生物量间呈线性关
系(R2 = 0. 996 ～ 0. 999); 2012 年汛期，其护坡性能
与根系生物量间呈线性关系(R2 = 0. 999 ～ 0. 999)。
2011 年汛期，植被的护坡性能由群落的地上(对雨
03
第 11 期 潘声旺等: 先锋植物丰富度对公路边坡植物群落生长发育及护坡效益的影响
滴的分层截留作用)、地下(对土壤的加筋、锚固作
用)结构共同决定，该结论与陈波等(2012)、方文等
(2013)的研究结果相吻合。
可见，在边坡条件、播种密度等建植条件与建植
措施一致的情况下，增加先锋植物种类可显著提高
边坡植被的水土保持能力。
4 结论
1) 在边坡条件、播种密度等建植条件相同的情
况下，边坡初始绿化植物的物种数可影响护坡植被
的成坪时间、生物量积累。先锋植物种数越多 (如
MA7，MB7 )，成坪时间则越短，被积累的生物量也相
应增大。
2) 先锋植物丰度与所在群落的物种多样性水
平关系密切。相同发育期内，先锋植物越多 (如
MA7，MB7 )，所营造的生态位就越宽，接纳新物种的
潜力越强，物种越丰富，群落的物种多样性水平也
越高。
3) 物种多样性水平与植被的护坡性能关系密
切: 边坡初始绿化时的先锋植物越多 (如 MA7，
MB7)、植物群落的抗干扰(雨水冲蚀)能力、蓄水保
土能力则越强，所在边坡内产流次数、径流系数、土
壤侵蚀模数越小; 生长年限越长，群落演替程度就
越高，趋势也越明显。在边坡条件、播种密度等建植
条件与建植措施一致的情况下，提高先锋种丰度可
有效改善植被的护坡性能。
参 考 文 献
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(责任编辑 郭广荣)
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